(57)【要約】【課題】光ファイバのコアの径が大きく、受光素子の受光面の径が小さい場合、光ファイバと受光素子との相対位置によっては、不均一な前記ニアフィールドパターンのため受光素子は十分な光量を受光できないこともある。また、光ファイバと受光素子との組み立て精度を向上させ、前記ニアフィールドパターンに合わせてアライメントをしても、光ファイバの屈曲状態の変動で前記ニアフィールドパターンが変動して受光素子は十分な光量を受光できないこともある。本発明は上記課題を解決するためになされたもので、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる光送信装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る光送信装置は発光素子からの光の分布角度を拡大する手段を備える。【選択図】図１
2007094211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
入射端に入射する前記発光素子からの光の分布角度を拡大して出射端から出射する角度拡大手段と、
を備える光送信装置。
【請求項２】
一端が前記角度拡大手段の前記出射端に接続し、前記角度拡大手段の前記出射端からの光を入射光として入射するマルチモード型の光ファイバをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
【請求項３】
前記角度拡大手段からの光の分布角度は、前記光ファイバの前記一端に入射し、前記光ファイバを５０ｍｍ伝搬する前記入射光の光量が前記光ファイバの一端に入射する前記入射光の光量の１０％以上９０％以下となる角度であることを特徴とする請求項２に記載の光送信装置。
【請求項４】
前記角度拡大手段からの光の分布角度は、前記光ファイバの限界角度より０°以上３０°以下の範囲で大きいことを特徴とする請求項２又は３に記載の光送信装置。
【請求項５】
前記角度拡大手段は、前記入射端に入射する前記発光素子からの光を屈折し、前記発光素子からの光の分布角度を拡大して前記出射端から出射する凹型レンズを有する光学系であることを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの光送信装置。
【請求項６】
前記角度拡大手段は、前記入射端に入射する前記発光素子からの光を屈折し、前記発光素子からの光の分布角度を拡大して前記出射端から出射する凸型レンズを有する光学系であることを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの光送信装置。
【請求項７】
前記角度拡大手段は、前記入射端に入射する前記発光素子からの光を反射し、前記発光素子からの光の分布角度を拡大して前記出射端から出射する凹型反射鏡を有する光学系であることを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの光送信装置。
【請求項８】
前記角度拡大手段は、前記入射端に入射する前記発光素子からの光を反射し、前記発光素子からの光の分布角度を拡大して前記出射端から出射する凸型反射鏡を有する光学系であることを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの光送信装置。
【請求項９】
前記角度拡大手段は、光の伝搬方向に垂直な断面の面積が前記入射端から前記出射端へ単調減少する光導波領域を有し、前記入射端に入射する前記発光素子からの光を伝搬し、前記発光素子からの光の分布角度を拡大して前記出射端から出射する管型導波路であることを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの光送信装置。
【請求項１０】
発光素子と、
前記発光素子からの光を入射光として入射する一端の面が、分布角度を拡大するように前記発光素子からの光を屈折する凹面状であるマルチモード型の光ファイバと、
を備える光送信装置。
【請求項１１】
発光素子と、
前記発光素子からの光を入射光として入射する一端の面が、分布角度を拡大するように前記発光素子からの光を屈折する凸面状であるマルチモード型の光ファイバと、
を備える光送信装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバに光を入射する光送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、普及してきた携帯電話は、使用時及び携帯時の利便性その他の理由から、折り畳み型、スライド型又は回転型の携帯電話が多く用いられるようになった。折り畳み型、スライド型又は回転型の携帯電話においては、その形態上、複数の筐体に通信機能部、増幅回路部、表示回路部等のモジュールが分散して配置されており、各筐体に配置されたモジュール間を接続する配線には、柔軟性と駆動に耐えられる強度が求められている。
【０００３】
さらに、各モジュール間の配線には、音楽再生機能、動画再生機能、写真撮影機能などの携帯電話の多機能化に伴う高速なデータ伝送性、外部機器との電磁障害対策及び長時間使用の要求に伴う低消費電力化が求められている。
【０００４】
これらの要求を満たす配線として光ファイバを使用することが試みられている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２４４２９５号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
各モジュール間の配線に光ファイバを使用する場合、モジュールには光ファイバに光を入射する発光素子及び光ファイバから出射する光を受光する受光素子が搭載され、受光素子が光ファイバを伝搬する発光素子からの光を受光することでデータ伝送が行われる。また、安定なデータ伝送を行うために発光素子、光ファイバ及び受光素子の相互間の光軸を合わせて配置する必要がある。なお、以下の説明において、「光軸を合わせて配置する」を「アライメント」と略記する。
【０００６】
光ファイバのコアの径を大きくすることでアライメントを容易にするが、光ファイバのコアの径が大きい場合、発光素子と光ファイバとの組み立て誤差により光ファイバの中心軸と異なる位置から光が入射することもある。
【０００７】
光ファイバの光路長が長い場合、光ファイバの中心軸と異なる位置から光が入射しても前記光は光ファイバを伝搬中にかく乱されるため、光ファイバの他端におけるニアフィールドパターン（以下、「ニアフィールドパターン」を「ＮＦＰ」と略記する。）は均一になる。
【０００８】
しかし、携帯電話のモジュール間のように数ｃｍと短く、また、曲率半径が５ｍｍ程度の急峻な屈曲が発生する光ファイバの場合、光ファイバの中心軸と異なる位置から光が入射すれば、前記光は伝搬中に十分にかく乱されないため、光ファイバの他端におけるＮＦＰは不均一となる。
【０００９】
一方、受光素子の受光面の径は高速のデータ通信を行うために小さくすることが求められている。受光素子の受光面の径が光ファイバのコアの径に対して小さい場合、受光素子は光ファイバの他端から出射する光の全てを受光することはできず、光ファイバの他端の面の一部から出射する光しか受光できない。
【００１０】
従って、発光素子と光ファイバとの間に組み立て誤差があり、光ファイバの他端におけるＮＦＰが不均一な場合、光ファイバと受光素子との相対位置によっては、受光素子は十分な光量を受光できないこともある。
【００１１】
さらに、光ファイバの屈曲状態は携帯電話の折り畳み、回転等の動作により変動するため、ＮＦＰも前記屈曲状態に応じて変動する。
【００１２】
従って、発光素子、光ファイバ及び受光素子のアライメント精度を向上させ、光ファイバの他端のＮＦＰに合わせて受光素子をアライメントしても、光ファイバの屈曲状態の変動でＮＦＰが変動して受光素子は十分な光量を受光できないこともある。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる光送信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明に係る光送信装置は発光素子からの光の分布角度を拡大する手段を備える。
【００１５】
具体的には、本発明は、発光素子と、入射端に入射する前記発光素子からの光の分布角度を拡大して出射端から出射する角度拡大手段と、を備える光送信装置である。
【００１６】
分布角度とは、光軸に垂直な面における前記光源又は前記光学素子から出射する光のファーフィールドパターン（以下、「ファーフィールドパターン」を「ＦＦＰ」と略記する。）において、最大光強度の２分の１の光強度の点と前記光源又は前記光学素子とを結ぶ直線と前記光軸とが成す角度である。
【００１７】
前記角度拡大手段は前記入射端に入射する前記発光素子からの光の分布角度を拡大して出射する。
【００１８】
前記光送信装置の前記角度拡大手段の前記出射端と光ファイバの一端を接続すれば、前記発光素子からの光は分布角度が拡大されて光ファイバに入射するため、前記光ファイバのコアとクラッドとの界面での前記光の入射角は小さくなる。前記入射角が小さくなることで、前記光ファイバ内を伝搬する光の全反射する回数が増加し、前記伝搬する光のかく乱が促進される。
【００１９】
光の分布角度を拡大した結果、前記光ファイバの光路長が短くとも、前記光送信装置は前記光ファイバの他端におけるＮＦＰを均一化することができる。また、前記光ファイバに屈曲が生じても、前記光送信装置は前記光ファイバの他端におけるＮＦＰの偏りを緩和することができる。
【００２０】
従って、前記光ファイバの他端に接続された受光素子は受光面が小さくとも十分な光量の光を受光できるため、本発明は、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる光送信装置を提供することができる。
【００２１】
本発明に係る光送信装置は、一端が前記角度拡大手段の前記出射端に接続し、前記角度拡大手段の前記出射端からの光を入射光として入射するマルチモード型の光ファイバをさらに備える。
【００２２】
前記角度拡大手段の前記出射端に前記光ファイバを備えることで、前記角度拡大手段からの前記分布角度を拡大した光は前記光ファイバ内で全反射する回数が増加し、前記光のかく乱が促進される。
【００２３】
光の分布角度を拡大した結果、前記光ファイバの光路長が短くとも、前記光ファイバの他端のＮＦＰは均一化される。また、前記光ファイバに屈曲が生じても、前記光ファイバの他端のＮＦＰの偏りは緩和される。
【００２４】
従って、前記光ファイバの他端に接続された受光素子は受光面が小さくとも十分な光量の光を受光できるため、本発明は、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる光送信装置を提供することができる。
【００２５】
本発明に係る光送信装置の前記角度拡大手段からの光の分布角度は、前記光ファイバの前記一端に入射し、前記光ファイバを５０ｍｍ伝搬する前記入射光の光量が前記光ファイバの一端に入射する前記入射光の光量の１０％以上９０％以下となる角度であることが好ましい。
【００２６】
前記角度拡大手段が拡大する分布角度は９０°に近いほど前記光ファイバのコアとクラッドとの界面における前記入射光の入射角度は小さくなり、前記入射光の前記光ファイバ内での全反射回数は増加するため、本発明の効果が大きくなる。
【００２７】
一方、光ファイバ内において、コア及びクラッドの屈折率で定まる臨界角より入射角の小さい光はコアとクラッドとの界面で反射せずクラッド側へ透過する。つまり、前記光の分布角度が大きい場合、前記入射光のうち前記臨界角より入射角の小さい光が多くなるため、前記光ファイバでの伝送損失が大きくなる。光の分布角度を拡大した結果、前記光ファイバの他端におけるＮＦＰの偏りが緩和しても、光強度が低減するため、前記光ファイバの他端に配置された受光素子は十分な光量を受光できなくなる。
【００２８】
光ファイバにおいて安定してデータ伝送するためには、前記光ファイバの他端におけるＮＦＰの偏りの緩和と伝送損失の低減とを両立する必要がある。
【００２９】
従って、前記光ファイバを５０ｍｍ伝搬する前記入射光の光量の割合が前記範囲内にあるように前記角度拡大手段が拡大する分布角度を定めることで、本発明は、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる光送信装置を提供することができる。
【００３０】
本発明に係る光送信装置の前記角度拡大手段からの光の分布角度は、前記光ファイバの限界角度より０°以上３０°以下の範囲で大きいことが好ましい。
【００３１】
前記光ファイバの限界角度とは９０°からコア及びクラッドの屈折率で定まる臨界角を引いた値である。
【００３２】
前記説明のように、前記光ファイバの他端におけるＮＦＰの偏りの緩和と伝送損失の低減とを両立する必要がある。そこで、前記角度拡大手段からの光の分布角度は前記光ファイバに入射する際に変更されることを加味し、前記角度拡大手段が拡大する分布角度は前記範囲内であることが好ましい。
【００３３】
従って、本発明は、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる光送信装置を提供することができる。
【００３４】
本発明に係る光送信装置の前記角度拡大手段は、前記入射端に入射する前記発光素子からの光を屈折し、前記発光素子からの光の分布角度を拡大して前記出射端から出射する凹型レンズを有する光学系とすることができる。
【００３５】
光源からの光は凹型レンズの透過時に光軸から離れるように屈折する。前記角度傾斜手段は前記凹型レンズの大きさ及び厚さを調整することで、前記出射端から出射する光の分布角度を調整することができる。
【００３６】
従って、本発明は、前記発光素子からの光の分布角度を拡大でき、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる光送信装置を提供することができる。
【００３７】
本発明に係る光送信装置の前記角度拡大手段は、前記入射端に入射する前記発光素子からの光を屈折し、前記発光素子からの光の分布角度を拡大して前記出射端から出射する凸型レンズを有する光学系とすることができる。
【００３８】
光源からの光は凸型レンズの透過時に光軸方向に屈折し、一点に集中する。その後、前記光は光軸から離れるように拡散する。前記角度拡大手段は前記凸型レンズの大きさ及び厚さを調整することで前記凹型レンズを有する角度傾斜手段と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００３９】
従って、本発明は、前記発光素子からの光の分布角度を拡大でき、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる光送信装置を提供することができる。
【００４０】
本発明に係る光送信装置の前記角度拡大手段は、前記入射端に入射する前記発光素子からの光を反射し、前記発光素子からの光の分布角度を拡大して前記出射端から出射する凹型反射鏡を有する光学系とすることができる。
【００４１】
光源からの光は凹型反射鏡で反射して一点に集中する。その後、前記光は光軸から離れるように拡散する。前記角度拡大手段は前記凹型反射鏡の大きさ及び厚さを調整することで前記凹型レンズを有する角度傾斜手段と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００４２】
従って、本発明は、前記発光素子からの光の分布角度を拡大でき、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる光送信装置を提供することができる。
【００４３】
本発明に係る光送信装置の前記角度拡大手段は、前記入射端に入射する前記発光素子からの光を反射し、前記発光素子からの光の分布角度を拡大して前記出射端から出射する凸型反射鏡を有する光学系とすることができる。
【００４４】
光源からの光は凸型反射鏡で反射して、前記光は光軸から離れるように拡散する。前記角度拡大手段は前記凸型反射鏡の大きさ及び厚さを調整することで前記凹型レンズを有する角度傾斜手段と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００４５】
従って、本発明は、前記発光素子からの光の分布角度を拡大でき、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる光送信装置を提供することができる。
【００４６】
本発明に係る光送信装置の前記角度拡大手段は、光の伝搬方向に垂直な断面の面積が前記入射端から前記出射端へ単調減少する光導波領域を有し、前記入射端に入射する前記発光素子からの光を伝搬し、前記発光素子からの光の分布角度を拡大して前記出射端から出射する管型導波路とすることができる。
【００４７】
前記管型導波路は、光伝搬領域を囲う反射面で前記入射端に結合された前記発光素子からの光を鏡面反射又は全反射をして前記出射端に導く。
【００４８】
さらに、前記管型導波路の形状は前記入射端から前記出射端へ前記光導波領域の断面の面積が小さくなるテーパー形状であり、前記入射端から入射した光は鏡面反射又は全反射をする毎に前記反射面に対する入射角度が小さくなるため、前記出射端から出射する光の分布角度は大きくなる。
【００４９】
従って、本発明は、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる光送信装置を提供することができる。
【００５０】
本発明は、発光素子と、前記発光素子からの光を入射光として入射する一端の面が、分布角度を拡大するように前記発光素子からの光を屈折する凹面状であるマルチモード型の光ファイバと、を備える光送信装置であってもよい。
【００５１】
前記光ファイバの前記一端の面が凹面状のため、前記一端に入射する光は分布角度を拡大するように屈折する。光の分布角度を拡大した結果、前記光ファイバの光路長が短くとも、前記光ファイバの他端のＮＦＰは均一化される。また、前記光ファイバに屈曲が生じても、前記光ファイバの他端のＮＦＰの偏りは緩和される。
【００５２】
従って、本発明は、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる光送信装置を提供することができる。
【００５３】
本発明は、発光素子と、前記発光素子からの光を入射光として入射する一端の面が、分布角度を拡大するように前記発光素子からの光を屈折する凸面状であるマルチモード型の光ファイバと、を備える光送信装置であってもよい。
【００５４】
前記光ファイバの前記一端の面が凸面状のため、前記一端に入射する光は屈折して一点に収束した後に、光の分布角度を拡大するように拡散する。光の分布角度を拡大した結果、前記光送信装置は、前記一端の面が凹面状の光ファイバを備えた光送信装置と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
従って、本発明は、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる光送信装置を提供することができる。
【００５６】
なお、前記光ファイバはクラッドとコアとの界面で光を全反射して伝搬するステップインディックス型光ファイバとして説明をしているが、連続的に光の軌道を曲げて蛇行させて伝搬するグレーテッドインデックス型光ファイバとしても同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００５７】
本発明は、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる光送信装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
【００５９】
（実施の形態１）
本発明に係る一の実施形態は、発光素子と、入射端に入射する前記発光素子からの光の分布角度を拡大して出射端から出射する角度拡大手段と、を備える光送信装置である。
【００６０】
本発明に係る一の実施形態である光送信装置９０１の概念図を図１に示す。光送信装置９０１は発光素子１１、角度拡大手段１２から構成される。なお、発光素子１１に必要な電源、周辺回路及び基板等の通常の技術で実現できるものは、図１及び図２以降の図で図示をしていない。
【００６１】
発光素子１１は電気信号を光に変換して、表面から外部に向けて光Ａを放射する。発光素子１１としてＬＥＤ又は面発光ＬＤを使用することができる。面発光ＬＤとしてＶＣＳＥＬが例示できる。
【００６２】
角度拡大手段１２は入射端１５から入射した光の分布角度を拡大した光Ｂを出射端１８から出射する。後述するように、角度拡大手段１２は光Ｂを所望の分布角度とすることができる。
【００６３】
図２に基づき光の分布角度について説明する。図２は光源２１、光源２１からの光の光軸２２を含む平面を示している。平面２４は光軸２２と垂直な平面である。光強度分布２５は、光源２１からの光の平面２４における光強度分布である。光強度分布２５において、２７は最大光強度、２８は最大光強度２７の２分の１の光強度である。平面２４における光強度２８の点２９と光源２１とを結ぶ直線２０と光軸２２とが成す角γを分布角度とする。
【００６４】
角度拡大手段１２は以下に示す構造とすることができる。
【００６５】
本発明に係る光送信装置の前記角度拡大手段は、前記入射端に入射する前記発光素子からの光を屈折し、前記発光素子からの光の分布角度を拡大して前記出射端から出射する凹型レンズを有する光学系とすることができる。
【００６６】
角度拡大手段１２の内部構造の一の例を図３に示す。角度拡大手段１２は筐体３０、入射端１５、出射端１８及び凹型レンズ３１で構成される。図３において、図１で用いた符号と同じ符号は同じ構成又は同じ光である。  
【００６７】
入射端１５からの光が凹型レンズ３１を照射し、凹型レンズ３１からの光が出射端１８から出射できるように、入射端１５、凹型レンズ３１及び出射端１８が筐体３０に配置される。凹型レンズ３１を透過した光は屈折して分布角度が拡大する。凹型レンズ３１の大きさ、レンズ面の湾曲状態を調整することで凹型レンズ３１からの光の分布角度を調整することができる。
【００６８】
従って、角度拡大手段１２は入射端１５に入射した光Ａの分布角度を拡大した光Ｂを出射端１８から出射する。
【００６９】
本発明に係る光送信装置の前記角度拡大手段は、前記入射端に入射する前記発光素子からの光を屈折し、前記発光素子からの光の分布角度を拡大して前記出射端から出射する凸型レンズを有する光学系とすることができる。
【００７０】
角度拡大手段１２の内部構造の他の例を図４に示す。角度拡大手段１２は筐体３０、入射端１５、出射端１８及び凸型レンズ４１で構成される。図４において、図１で用いた符号と同じ符号は同じ構成又は同じ光である。
【００７１】
入射端１５からの光が凸型レンズ４１を照射し、凸型レンズ４１からの光が出射端１８から出射できるように、入射端１５、凸型レンズ４１及び出射端１８が筐体３０に配置される。凸型レンズ４１を透過した光は屈折して収束した後に拡散する。凸型レンズ４１の大きさ、焦点の位置を調整することで凸型レンズ４１からの光の分布角度を調整することができる。
【００７２】
従って、角度拡大手段１２は入射端１５に入射した光Ａの分布角度を拡大した光Ｂを出射端１８から出射する。
【００７３】
本発明に係る光送信装置の前記角度拡大手段は、前記入射端に入射する前記発光素子からの光を反射し、前記発光素子からの光の分布角度を拡大して前記出射端から出射する凹型反射鏡を有する光学系とすることができる。
【００７４】
角度拡大手段１２の内部構造の他の例を図５に示す。角度拡大手段１２は筐体３０、入射端１５、出射端１８反射鏡５５及び凹型反射鏡５１で構成される。図５において、図１で用いた符号と同じ符号は同じ構成又は同じ光である。
【００７５】
反射鏡５５は入射した光を鏡面反射する鏡である。
【００７６】
入射端１５からの光が反射鏡５５で反射して凹型反射鏡５１を照射し、凹型反射鏡５１からの光が出射端１８から出射できるように、入射端１５、反射鏡５５、凹型反射鏡５１及び出射端１８が筐体３０に配置される。凹型反射鏡５１で反射した光は収束した後に拡散する。凹型反射鏡５１の大きさ、焦点の位置を調整することで凹型反射鏡５１からの光の分布角度を調整することができる。
【００７７】
従って、角度拡大手段１２は入射端１５に入射した光Ａの分布角度を拡大した光Ｂを出射端１８から出射する。
【００７８】
本発明に係る光送信装置の前記角度拡大手段は、前記入射端に入射する前記発光素子からの光を反射し、前記発光素子からの光の分布角度を拡大して前記出射端から出射する凸型反射鏡を有する光学系とすることができる。
【００７９】
角度拡大手段１２の内部構造の他の例を図６に示す。角度拡大手段１２は筐体３０、入射端１５、出射端１８反射鏡５５及び凸型反射鏡６１で構成される。図６において、図１及び図５で用いた符号と同じ符号は同じ構成又は同じ光である。
【００８０】
入射端１５からの光が反射鏡５５で反射して凸型反射鏡６１を照射し、凸型反射鏡６１からの光が出射端１８から出射できるように、入射端１５、反射鏡５５、凸型反射鏡６１及び出射端１８が筐体３０に配置される。凸型反射鏡６１を反射した光は分布角度が拡大するように拡散する。凸型反射鏡６１の大きさ、反射面の湾曲状態を調整することで凸型反射鏡６１からの光の分布角度を調整することができる。
【００８１】
従って、角度拡大手段１２は入射端１５に入射した光Ａの分布角度を拡大した光Ｂを出射端１８から出射する。
【００８２】
本発明に係る光送信装置の前記角度拡大手段は、光の伝搬方向に垂直な断面の面積が前記入射端から前記出射端へ単調減少する光導波領域を有し、前記入射端に入射する前記発光素子からの光を伝搬し、前記発光素子からの光の分布角度を拡大して前記出射端から出射する管型導波路とすることができる。
【００８３】
角度拡大手段１２の内部構造の他の例を図７に示す。角度拡大手段１２は筐体３０、入射端１５、出射端１８及び管型導波路７１で構成される。図７において、図１及び図３で用いた符号と同じ符号は同じ構成又は同じ光である。
【００８４】
管型導波路７１は入射端１５からの光を伝搬して出射端１８から出射する中空状の管である。管型導波路７１の内壁に光を反射する反射面７３が配置されている。反射面７３は光を鏡面反射させる反射鏡とすることができる。
【００８５】
なお、管型導波路７１は屈折率の高い媒質を屈折率の低い媒質で被覆した構造としてもよい。光は屈折率の高い媒質と屈折率の低い媒質の界面で全反射をする。従って、前記界面を反射面７３とすることができる。
【００８６】
入射端１５、出射端１８及び管型導波路７１は、入射端１５からの光が管型導波路５１の前記光導波領域に入射し、管型導波路７１からの光が出射端１８から出射できるように位置を定めて筐体３０に配置される。
【００８７】
管型導波路７１の光導波領域はテーパー形状であるため、入射端１５からの光が反射面７３で反射を繰り返すことで光の分布角度は拡大する。
【００８８】
従って、角度拡大手段１２は入射端１５に入射した光Ａの分布角度を拡大した光Ｂを出射端１８から出射する。
【００８９】
光送信装置９０１の出射端１８に光ファイバの一端を接続して分布角度を拡大した光Ｂを入射すれば、光Ｂは前記光ファイバ伝搬中全反射する回数が増加し、光のかく乱が促進される。その結果、光送信装置９０１は前記光ファイバが短く且つ屈曲を生じていても他端のＮＦＰの偏りを緩和することができる。
【００９０】
従って、光送信装置９０１は、前記光ファイバの他端に配置された受光素子に受信に十分な光量の光を照射できるため、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる。
【００９１】
（実施の形態２）
本実施形態は、一端が前記角度拡大手段の前記出射端に接続し、前記角度拡大手段の前記出射端からの光を入射光として入射するマルチモード型の光ファイバをさらに備えることが好ましい。
【００９２】
本発明に係る他の実施形態である光送信装置９０８の概念図を図８に示す。光送信装置９０８は発光素子１１、角度拡大手段１２及び光ファイバ８５から構成される。図８において、図１で用いた符号と同じ符号は同じ構成又は同じ光である。
【００９３】
光ファイバ８５はマルチモード型の光ファイバである。光ファイバ８５は、ガラスファイバ、プラスチックファイバ（ＰＯＦ）又はガラスのコアとプラスチックのクラッドをもつ光ファイバであってもよい。光ファイバの長さは５ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることが例示でき、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００９４】
光送信装置９０８は光送信装置９０１の出射端１８と光ファイバ８５の一端８６を接続する。光送信装置９０１は図１で説明したように出射端１８から分布角度を拡大した光Ｂを出射する。光Ｂは光ファイバ８５の一端８６に入射光として入射し、光ファイバ８５のコアを伝搬して他端８７から出射する。
【００９５】
入射光として光ファイバ８５に入射した光Ｂは図１の光送信装置９０１で説明した光ファイバと同様に光ファイバ８５を伝搬するため、光送信装置９０８は光ファイバ８５が短く且つ屈曲を生じても他端８７のＮＦＰの偏りを緩和できる。
【００９６】
従って、光送信装置９０８は図１の光送信装置９０１の効果と同様の効果を得ることができ、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる。
【００９７】
なお、前記角度拡大手段からの光の分布角度は、前記光ファイバの限界角度より０°以上３０°以下の範囲で大きくすることが好ましい。
【００９８】
光Ｂのかく乱を促進するため、角度拡大手段１２からの光Ｂの分布角度は０°以上に、さらに好ましくはＤ２°以上に設定する。  
【００９９】
図９に光ファイバ８５のコア８５ａとクラッド８５ｂとの界面において光が全反射する条件を説明する図を示す。図９において図１及び図８で用いた符号と同じ符号は同じ構成又は同じ光である。９１は光ファイバ８５を伝搬する任意の光の光路である。コア８５ａの屈折率をｎ１、クラッド８５ｂの屈折率をｎ２とすれば、光ファイバ８５の前記界面において光が全反射するためには、数１で定義される限界角度θｃより小さな角度θ１で前記界面に入射する必要がある。
【数１】
2007094211.tif 000003
光ファイバ内を伝搬する光のうち、前記界面に入射する角度θ１が限界角度θｃより大きい光はクラッド８５ｂ側へ透過するため伝送損失を発生させる。
【０１００】
従って、光ファイバ８５における光の伝送損失を低減するため、角度拡大手段１２からの光Ｂの分布角度を３０°以下とすることが好ましい。
【０１０１】
さらに、光ファイバ８５における光の伝送損失をより低減するため、光ファイバ８５内における全ての光の角度θ１を限界角度θｃより小さくするように、角度拡大手段１２からの光Ｂの分布角度をＥ２°以下とすることがより好ましい。
【０１０２】
また、入射光Ａの光量が大きく一定の伝送損失を許容する場合は、前記角度拡大手段からの光の分布角度は、前記光ファイバの前記一端に入射し、前記光ファイバを５０ｍｍ伝搬する前記入射光の光量が前記光ファイバの一端に入射する前記入射光の光量の１０％以上９０％以下となる角度の範囲に定めてもよい。
【０１０３】
すなわち、角度拡大手段１２からの光Ｂの分布角度は、一端８６から他端８７までの長さが５０ｍｍの光ファイバ８５において、光ファイバ８５の他端８７から出射する光の光量が光ファイバ８５の一端８６に入射する光Ｂの光量の１０％以上９０％以下となるように定めることが好ましく、α２％以上β２％以下となるように定めることがさらに好ましい。
【０１０４】
（実施の形態３）
本発明に係る他の実施形態は、発光素子と、前記発光素子からの光を入射光として入射する一端の面が、分布角度を拡大するように前記発光素子からの光を屈折する凹面状であるマルチモード型の光ファイバと、を備える光送信装置である。
【０１０５】
本発明に係る他の実施形態である光送信装置９１０の概念図を図１０に示す。図１０は光ファイバ８５の中心軸８５ｃを含む面での切断面の図である。光送信装置９１０は発光素子１１及び光ファイバ８５から構成される。図１０において、図１及び図８で用いた符号と同じ符号は同じ構成、同じ光を示している。
【０１０６】
光送信装置９１０の構成は図１の光送信装置９０１の構成と同じであるが、光ファイバ８５の一端８６の面は凹面状に加工されている。発光素子１１からの光Ａは一端８６からコア８５ａに入射する際、分布角度が拡大される。分布角度が拡大した光Ａが入射光として光ファイバ８５を伝搬するため、光送信装置９１０は図１の光送信装置９０１で説明した効果と同様の効果を得ることができる。
【０１０７】
従って、光送信装置９１０は、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる。
【０１０８】
（実施の形態４）
本発明に係る他の実施形態は、発光素子と、前記発光素子からの光を入射光として入射する一端の面が、分布角度を拡大するように前記発光素子からの光を屈折する凸面状であるマルチモード型の光ファイバと、を備える光送信装置である。
【０１０９】
本発明に係る他の実施形態である光送信装置９１１の概念図を図１１に示す。図１１は光ファイバ８５の中心軸８５ｃを含む面での切断面の図である。光送信装置９１１は発光素子１１及び光ファイバ８５から構成される。図１０において、図１、図８及び図１０で用いた符号と同じ符号は同じ構成、同じ光を示している。
【０１１０】
光送信装置９１１の構成は図１の光送信装置９０１の構成と同じであるが、光ファイバ８５の一端８６の面は凸面状に加工されている。発光素子１１からの光Ａは一端８６からコア８５ａに入射後、一点に収束し、分布角度が拡大するように拡散する。分布角度が拡大した光Ａが入射光として光ファイバ８５を伝搬するため、光送信装置９１１は図１の光送信装置９０１で説明した効果と同様の効果を得ることができる。
【０１１１】
従って、光送信装置９１１は、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる。
【０１１２】
（シミュレーション結果１）
光Ａの光ファイバ８５の一端８６における入射位置及び分布角度と光ファイバ８５の他端８７におけるＮＦＰとの依存性をシミュレーション結果を示して本発明に係る光送信装置を更に詳細に説明する。
【０１１３】
シミュレーションを行う光送信装置は図８の光送信装置９０８である。光送信装置９０８の光ファイバ８５の他端８７に受光素子１６０を接続した図を図１２に示す。図１２において図１及び図８で用いた符号と同じ符号は同じ構成、同じ光を示している。
【０１１４】
シミュレーション条件は以下の通りである。光ファイバ８５はコアの直径が０．２４ｃｍ、コアを覆うクラッドの表面までの直径が０．２５ｃｍであり、一端８６から他端８７までの光路長は１ｃｍである。光ファイバ８５に屈曲状態を与えるために、光ファイバ８５は一端８６から他端８７まで半径５ｍｍの円に沿うように一様に屈曲させる。
【０１１５】
なお、光ファイバ８５の中心軸方向をＺ方向とし、一端８６から他端８７へ光が伝搬する方向をＺの正方向とする。さらに、光ファイバ８５のＺ方向に垂直な断面（以下、「光ファイバのＺ方向に垂直な断面」を「光ファイバ断面」と略記する。）において、前記半径５ｍｍの円の半径方向をＸ方向とし、前記円の中心方向をＸの正方向とする。さらに、前記光ファイバ断面においてＸ方向及びＺ方向と垂直な方向をＹ方向とし、図１２の奥側から手前方向をＹの正方向と定義する。
【０１１６】
シミュレーションを行う一端８６に入射する光Ｂの光軸の位置を図１３に示す。図１３において図１、図８及び図１２で用いた符号と同じ符号は同じ構成であり、同じ機能である。図１３においてＺ方向は図面手前から奥側の方向が正である。
【０１１７】
Ｂ−０、Ｂ−１、Ｂ−２、Ｂ−３、Ｂ−４はそれぞれ一端８６に入射する光Ｂの光軸位置である。光ファイバ８５の中心軸と一端８６の面との交点を原点（０，０）とすれば、光軸位置Ｂ−０は座標（０，０）、光軸位置Ｂ−１は座標（０．１，０）、光軸位置Ｂ−２は座標（０，０．１）、光軸位置Ｂ−３は座標（−０．１，０）、光軸位置Ｂ−４は座標（０，−０．１）である。なお、座標の単位はｍｍである。
【０１１８】
光送信装置９０８でシミュレーションを行うシミュレーション条件の一覧を表１に示す。なお、条件Ｎｏ．の欄に＊が付されているシミュレーション条件は比較例を示す。
【表１】
2007094211.tif 000004
【０１１９】
例えば、条件Ｎｏ．８は、角度拡大手段１２で光Ａの分布角度を１．７倍に拡大した光Ｂを一端８６の面の座標（０，−０．１）の位置から光ファイバ８５に入射するシミュレーション条件であることを意味する。
【０１２０】
表１に示すシミュレーション条件でシミュレーションした光ファイバ８５の他端８７におけるＮＦＰの結果を図１４から図２１に示す。図１４から図２１においてＮＦＰの光強度を色相で表示しており、光強度は茶色から白色へ強くなることを示している。
【０１２１】
図１４は条件Ｎｏ．１でシミュレーションした結果である。光ファイバ８５の屈曲のため光ＢはＸの負方向へ偏り、他端８７のＮＦＰはＸの負方向の光強度が強くなっている。
【０１２２】
図１５は条件Ｎｏ．２でシミュレーションした結果である。光ファイバ８５の屈曲のため伝搬する光ＢはＸの負方向へ拡散して、他端８７におけるＮＦＰの偏りは緩和されている。
【０１２３】
図１６は条件Ｎｏ．３でシミュレーションした結果である。光ファイバ８５の屈曲のため伝搬する光ＢはさらにＸの負方向へ偏り、他端８７のＮＦＰはＸの負方向に大きく偏っている。
【０１２４】
図１７は条件Ｎｏ．４でシミュレーションした結果である。図１５で説明した理由と同様に、他端８７のＮＦＰはＸの負方向の光強度が強くなっている。なお、光ＢがＹの負の位置からの入射のため、他端８７のＮＦＰもＹの負方向の光強度が強くなっている。
【０１２５】
図１８から図２１は光Ｂの分布角度を拡大した条件Ｎｏ．５から条件Ｎｏ．８でシミュレーションした結果である。光Ｂの入射位置の等しい図１４と図１８と、図１５と図１９と、図１６と図２０と及び図１７と図２１とを比較すれば、光Ｂを拡大した条件は、光Ｂはコア８５ａ内で全反射の回数が増加するため、他端８７の中心付近及びＸの正方向にも光が分布しており、ＮＦＰの偏りを緩和している。
【０１２６】
（シミュレーション結果２）
次に、表１に示すシミュレーション条件において、受光素子が受光できる光量についてのシミュレーション結果を示す。
【０１２７】
受光素子１６０は直径０．１ｃｍの円の受光面１６１を有するフォトダイオード（ＰＤ）としてシミュレーションしている。発光素子１１と光ファイバ８５との関係と同様に、受光素子１１と光ファイバ８５とはアライメントされても光ファイバ８５の中心軸と受光素子１６０の受光面１６１の中心位置とは異なる場合がある。
【０１２８】
シミュレーションを行う光ファイバ８５の出力端８７と受光素子１６０の受光面１６１との相対位置を表した図を図２２と図２３に示す。図２２は光ファイバ８５と受光素子１６０との組み立て誤差がない場合の図であり、受光素子１６０の受光面１６１の中心は他端８７の面の原点にある。図２３は光ファイバ８５と受光素子１６０との組み立て誤差がある場合の図であり、受光素子１６０の受光面１６１の中心は他端８７の面の座標（０．０５，０）にある。なお、座標単位はｍｍである。
【０１２９】
図２２の場合において、受光素子１６０が受光できる光量について条件Ｎｏ．１から条件Ｎｏ．８のシミュレーションを行った結果を表２に示す。表２において、光ファイバ８５に入射する入射光Ａの光量と受光素子１６０が受光できる光量と比率を減衰量として示しており、単位はｄＢである。
【表２】
2007094211.tif 000005
【０１３０】
条件Ｎｏ．１〜条件Ｎｏ．４のシミュレーション結果より、光Ｂの分布角度が光Ａの分布角度と等しい場合、光Ｂの光軸位置で前記減衰量は大きく異なる。光軸位置Ｂ−３から光Ｂが入射した場合の前記減衰量は最も大きくなり−４３．１４ｄＢとなる。すなわち、前記減衰量は図１４から図１７で説明したように光ファイバ８５の屈曲の影響を大きく受ける。
【０１３１】
次に、条件Ｎｏ．１と条件Ｎｏ．５、条件Ｎｏ．２と条件Ｎｏ．６及び条件Ｎｏ．４と条件Ｎｏ．８を比較すれば、光ファイバ８５と受光素子１６０との相対位置が図２２の場合において、光Ｂの分布角度を拡大した条件の前記減衰量は光Ｂの分布角度が光Ａの分布角度と等しい条件の前記減衰量と同等であり、光Ｂの分布角度を拡大しても受光素子１６０が受光する光への影響は少ない。
【０１３２】
一方、条件Ｎｏ．７の前記減衰量は条件Ｎｏ．３の前記減衰量より改善されており、光Ｂの分布角度を拡大したことで、受光素子１６０は受光光量が増加して安定して光通信ができる。
【０１３３】
図２３の場合において、受光素子１６０が受光できる光量について条件Ｎｏ．１から条件Ｎｏ．８のシミュレーションを行った結果を表３に示す。図２２の場合と同様に減衰量で評価している。
【表３】
2007094211.tif 000006
【０１３４】
表２及び表３の条件Ｎｏ．１から条件Ｎｏ．４のシミュレーション結果を比較すれば、いずれの光軸位置からの光Ｂの前記減衰量は大きくなっている。特に、光軸位置Ｂ−３から光Ｂが入射した場合の前記減衰量は−１３１．９２ｄＢと大きくなっている。
【０１３５】
この結果は、光Ｂの分布角度が光Ａの分布角度と等しい場合、前記減衰量は、発光素子１１、光ファイバ８５及び受光素子１６０の組み立て誤差ならびに光ファイバ８５の屈曲の影響を大きく受け、受光素子１６０は受光できる光量が少なくなることを示している。すなわち、モジュール間において安定してデータを伝送することができなくなる。
【０１３６】
次に、表３の条件Ｎｏ．１と条件Ｎｏ．５、条件Ｎｏ．２と条件Ｎｏ．６、条件Ｎｏ．３と条件Ｎｏ．７及び条件Ｎｏ．４と条件Ｎｏ．８を比較すれば、光ファイバ８５と受光素子１６０との相対位置が図２３の場合において、光Ｂの分布角度を拡大した条件の前記減衰量は光Ｂの分布角度が光Ａの分布角度と等しい条件の前記減衰量より改善されている。特に、条件Ｎｏ．７の前記減衰量は条件Ｎｏ．３の前記減衰量より大幅に改善されている。
【０１３７】
従って、光Ｂの分布角度を拡大して光ファイバに入射することで、発光素子１１、光ファイバ８５及び受光素子１６０の組み立て誤差の影響を少なくでき、光ファイバの屈曲状態の影響も低減することができるため、光送信装置９０８は、光路長が短く屈曲状態が変動する光ファイバであっても、光ファイバと受光素子との相対位置に関わらず安定してデータ伝送ができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明の光送信装置は照明機器やレーザーマーキング装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明に係る一の実施形態である光送信装置９０１の概念図である。
【図２】光の分布角度についての説明の図である。
【図３】角度拡大手段１２の内部構造の一の例である。
【図４】角度拡大手段１２の内部構造の他の例である。
【図５】角度拡大手段１２の内部構造の他の例である。
【図６】角度拡大手段１２の内部構造の他の例である。
【図７】角度拡大手段１２の内部構造の他の例である。
【図８】本発明に係る他の実施形態である光送信装置９０８の概念図である。
【図９】光ファイバ８５のコア８５ａとクラッド８５ｂとの界面において光が全反射する条件を説明する図である。
【図１０】本発明に係る他の実施形態である光送信装置９１０の概念図である。
【図１１】本発明に係る他の実施形態である光送信装置９１１の概念図である。
【図１２】光送信装置９０８の光ファイバ８５の他端８７に受光素子１６０を接続した図である。
【図１３】光ファイバ８５の一端８６に入射する光Ｂの光軸の位置である。
【図１４】シミュレーション条件Ｎｏ．１でシミュレーションした結果である。
【図１５】シミュレーション条件Ｎｏ．２でシミュレーションした結果である。
【図１６】シミュレーション条件Ｎｏ．３でシミュレーションした結果である。
【図１７】シミュレーション条件Ｎｏ．４でシミュレーションした結果である。
【図１８】シミュレーション条件Ｎｏ．５でシミュレーションした結果である。
【図１９】シミュレーション条件Ｎｏ．６でシミュレーションした結果である。
【図２０】シミュレーション条件Ｎｏ．７でシミュレーションした結果である。
【図２１】シミュレーション条件Ｎｏ．８でシミュレーションした結果である。
【図２２】光ファイバ８５の出力端８７と受光素子１６０の受光面１６１との相対位置を表した図である。
【図２３】光ファイバ８５の出力端８７と受光素子１６０の受光面１６１との相対位置を表した図である。
【符号の説明】
【０１４０】
９０１、９０８、９１０、９１１  光送信装置
１１  発光素子
１２  角度拡大手段
１５  入射端
１８  出射端
２０  直線
２１  光源
２２  光軸
２４  平面
２５  光強度分布
２７  最大光強度点
２８  最大光強度の１／２の光強度点
２９  光強度点２８の平面２４上における点
３０  筐体
３１  凹型レンズ
４１  凸型レンズ
５１  凹型反射鏡
５５  反射鏡
６１  凸型反射鏡
７１  管型導波路
７３  反射面
８５  光ファイバ
８５ａ  コア
８５ｂ  クラッド
８５ｃ  中心軸
８６  一端
８７  他端
１６０  受光素子
１６１  受光面
γ  角
Ａ、Ｂ  光
θ１  入射する角度
【図１】
2007094211.tif 000007
【図２】
2007094211.tif 000008
【図３】
2007094211.tif 000009
【図４】
2007094211.tif 000010
【図５】
2007094211.tif 000011
【図６】
2007094211.tif 000012
【図７】
2007094211.tif 000013
【図８】
2007094211.tif 000014
【図９】
2007094211.tif 000015
【図１０】
2007094211.tif 000016
【図１１】
2007094211.tif 000017
【図１２】
2007094211.tif 000018
【図１３】
2007094211.tif 000019
【図１４】
2007094211.tif 000020
【図１５】
2007094211.tif 000021
【図１６】
2007094211.tif 000022
【図１７】
2007094211.tif 000023
【図１８】
2007094211.tif 000024
【図１９】
2007094211.tif 000025
【図２０】
2007094211.tif 000026
【図２１】
2007094211.tif 000027
【図２２】
2007094211.tif 000028
【図２３】
2007094211.tif 000029